葛根的活性成分及其在食品中的应用.pdf
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1、第42 卷第5期2023年10 月文章编号:2 0 9 5-7 38 6(2 0 2 3)0 5-0 0 11-0 8DOI:10.3969/j.issn.2095-7386.2023.05.002武汉轻工大学学报Journalof WuhanPolytechnicUniversityVol.42 No.5Oct.2023葛根的活性成分及其在食品中的应用蒋晓宇,李婉冰,刘颖,卢玥,邹爱军,常超1(1.武汉轻工大学食品科学与工程学院,武汉430 0 2 3;2.武汉慧康利兹食品有限公司,武汉432 2 0 0)摘要:葛根营养丰富,是我国传统的药食两用植物,可开发为多种药用和保健食品,市场前景广阔
2、。葛根素是葛根的主要活性成分,具有保护心脑血管、降血压、降血糖、抗肿瘤、提高免疫力等作用。近年来随着研究的不断深入,葛根及葛根素的用途更加广泛。综述了葛根的活性成分,并对比了不同葛根种类之间的差异,总结了葛根素的功效和提取方法,阐述了葛根素在不同食品中的应用,为进一步提升葛根产品的药食两用价值提供了一定的技术参考。关键词:葛根;活性成分;提取方法;食品开发中图分类号:TS213.3The active ingredients of pueraria and its application in foodJIANG Xiaoyu,LI Wanbing,LIU Ying,LU Yue,ZOU Ai
3、jun?,CHANG Chaol(1.School of Food Science and Engineering,Wuhan Polytechnic University,Wuhan 430023,China;2.Wuhan Huikang Leeds Food Co.,Ltd.,Wuhan 432200,China)Abstract:Pueraria is rich in nutrition and is a traditional medicine and food plant in China.It can be devel-oped into a variety of medicin
4、al and health food,with a broad market prospect.Puerarin is the main activeingredient of pueraria,which has the functions of protecting cardiovascular and cerebrovascular vessels,lowering blood pressure,lowering blood sugar,anti-tumor,and improving immunity.In recent years,withthe deepening of resea
5、rch,the use of pueraria and puerarin is more extensive.This paper summarizes theactive ingredients of pueraria and points out the differences between different species,summarizes the phys-iological function and extraction methods of puerarin,focuses on the application prospect of puerarin in dif-fer
6、ent foods,and provides some technical reference for further improving the dual-use value of puerarinproducts.Key words:pueraria;active ingredient;extraction method;product development1引言葛根(Puerariae lobatae,Ra d i x)性甘、辛、?,具有丰富的药理活性,能改善心脑血管功能,具有收稿日期:2 0 2 3-0 9-2 6.作者简介:蒋晓宇(2 0 0 0-),女,硕士研究生,E-mail:
7、19 0 2 9 156 0 5 q q.c o m,通信作者:常超(19 7 6-),男,教授,博士,E-mail:c h a n g c h a o 2 0 0 0 16 3.c o m.基金项目:大宗粮油精深加工教育部重点实验室开放课题(2 0 2 0 JYBQGDKFB17).文献标识码:A抗氧化、抗癌和解酒的功效,是传统的药食两用植物2 。本草纲目称,葛根乃阳明经药,兼入脾经,脾主肌肉。鉴于葛根的药食同源特性3,也随着对葛根活性成分、营养功能的深入认识,目前人们已逐12步意识到葛根在医药、保健、食品、化妆品等领域都具有重要的应用价值。葛根素(Puerarin,Pue)亦称葛根黄素,是
8、葛根的主要活性成分,化学名称为8-D葡萄吡喃糖-4,7-二羟基异黄酮4,外观呈白色至微黄色结晶性粉末,分子式为C21H2oOg,存在于豆科植物葛和野葛中。由于葛根素含有酚羟基活性基团,提取时存在活性降低和不稳定等技术问题。在葛根精深加工方面,日本是世界上较早提炼葛根黄酮的国家5,其全粉加工及葛根素提炼工艺较为完善,已形成了一系列涉及各种形式的葛根类产品,如葛根饮料、葛根面包、葛根果冻、葛根挂面、葛根酱、葛根冰淇淋、葛根粉丝、葛根酒等。而我国在精深加工方面与之存在较大差距,主要问题在于我国葛根活性成分提取效率不高、深加工方式比较粗糙、产品科技赋值比较低,产业化呕待升级。笔者综述了葛根的各种活性成
9、分并对比了不同葛根种类中主要活性成分葛根素含量的差异,为开发葛根产品选择原料种类和来源提供数据参考。同时重点阐述了葛根素的提取方法和葛根在不同食品中的应用名称英文名称葛根素Puerarin3-羟基葛根素3-hydroxy Puerarin大豆苷Daidzin大豆昔元Daidzein染料木素Genistein芒柄花素Formononetin3-甲氧基葛根素3-Methoxy Puerarin葛根素芹菜糖苷Puerarin apioside备注:“一”表示未报道,下同。HOHOI武汉轻工大学学报情况,以期为进一步提升葛根产品的药食两用价值提供一定的技术参考。2葛根的活性成分2.1活性成分的组成葛根
10、活性成分主要有四大类,即异黄酮类、三类、香豆素类、生物碱类,其中异黄酮和三皂苷含量最高6 。除此之外还有多糖、淀粉以及人体必需氨基酸和矿物质7。2.1.1 异黄酮类异黄酮类是葛根主要的生物活性成分8 ,在分子结构上是与人体自身分泌的雌激素最为相似的一种植物雌激素 ,属于植物次生代谢产物。目前已知的葛根异黄酮类化合物有数十种10 ,如葛根素、大豆苷、3-羟基葛根素、大豆苷元、葛根素芹菜糖苷、3-甲氧基葛根素、染料木素、芒柄花素(表 1)11,其中葛根素是葛根异黄酮类化合物中最主要的成分12,结构式如图1所示。葛根素是评价葛根产品品质最重要的监测成分。表1葛根中的异黄酮类化合物13Table 1
11、Iteroflavones in pueraria化学式C21 H20 OgC2i H2o O1oC2i H20 OgCis H1o O4Cis Hio OsCi6 Hi2 O4C22 H22 O10C26 H2:O13OHOHOH2023年含量(mg/g)4.2876.100.2120.610.056.740.3616.487.6351.430.7213.18HOHOHOHoHOHOoHOHHO葛根素OHOHHO3-羟基葛根素-CH3HOOHOOHHOHO大豆苷OHHOHOHHOHo大豆苷元HOOHOHOHOHHO-OH3-甲氧基葛根素染料木素图1葛根异黄酮类化合物结构式Fig.1Struc
12、tural formula of pueraria isoflavones芒柄花素葛根素芹菜糖苷5期2.1.2三菇类化合物三枯类化合物也是葛根重要的活性成分,目前已知葛根中的三类化合物有槐二醇、槐花二醇、葛根皂醇B甲酯、葛酚苷、大豆皂醇、大豆苷醇、刺槐皂苷等141。三类化合物是由多个去掉氢氧基后的异戊二烯首尾相互连接而成的物质,其分子结构中含有部分氢氧基与羟基基团15,主要成苷部位在三枯类化合物的C-3位,少数在 C-21、C-2 2、C-2 9位16 。三类化合物的组成架构相对复杂,药理活性并不固定,因结构的不同从而表现出不同的抗肿瘤、保肝、抗炎镇痛等功能。2.1.3香豆素类化合物香豆素是葛
13、根中已经被报道的芳香族化合物。葛根中的香豆素类化合物主要为苯丙二氢呋喃衍生物,以异黄酮类化合物的最高氧化形式存在于葛属植物中,目前从葛根中分离得到的有6,7-二甲氧基香豆素(6,7-dimethoxycoumarin)、香豆雌酚Table 2 Changes of puerarin content in different pueraria species名称别名三裂叶野葛三裂叶葛小花野葛掸邦葛云南葛、白苦葛、苦葛红苦葛喜马拉雅山葛藤、须弥葛瓦氏葛藤密花葛狐尾葛黄毛萼葛萼花葛、黄毛萼葛藤食用葛藤、葛根、食用葛葛藤、粉葛、峨眉葛毛葛藤大花葛葛(原变种)葛麻姆(野葛变种)粉葛(野葛变种)蒋晓宇,李
14、婉冰,刘颖,等:葛根的活性成分及其在食品中的应用表2 不同葛根种类中葛根素含量的变化分布生长环境广东、海南、广西、浙江山地、丘陵的灌丛中云南林中或草地上云南、西藏、荒地、杂木林中四川、贵州、广西海拔1.7 0 0 m的云南、西藏山坡灌丛中云南海拔2 0 0 0 2 6 0 0 m云南的山地灌丛中海拔10 0 0 32 0 0 m云南、四川、广西的山沟林中云南、四川、贵州海拔1.50 0 17 0 0 m云南、四川山沟或森林中除新疆、青海及野葛、葛藤西藏外的全国各地云南、四川、贵州、越南葛湖北、浙江、江西、云南、四川、江西、湖南、甘葛藤湖北、广西、广东13(coumestol)、槐香豆素A、葛根
15、酚等17 2.1.4生物碱类大多数生物碱具有复杂的环状结构,且环内多包含氮素18 ,存在明显的生物活性,同时它也是中草药中极为重要的有效成分之一。葛根中的生物碱主要包括氯化胆碱、乙酰胆碱、生物碱卡赛因、尿囊素、D-甘露醇、5-甲基海因等。2.2葛根素与产地的关联性葛根是豆科葛属的干燥块根。全球现有葛属植物152 0 种,我国有9 种,主要分布在广东、广西、湖南、浙江、四川、河南等省份,其中广西为我国著名的葛根之乡。不同地区的葛根中所含主要活性成分葛根素的含量差异比较大19 (表2),其中野葛的葛根素含量比粉葛的高,这也决定了野葛主要用于葛根素产品的开发,而粉葛主要用于葛粉的制备。这些差异可以为
16、开发葛根产品选择原料种类和来源提供数据参考。葛根素的含量/%参考文献0.0010.023200.0010.023220.0010.02321,220.01 以下220.01以下220.01以下220.01 以下22260.01以下22山地或密林中2.4旷野灌丛中0.010.12或山地疏林下山野灌丛或疏林中23、2 623.260.052.902326143葛根素的功效葛根素能够提高人体免疫力,从而帮助人体对抗各种疾病2 7 ,如抗器官纤维化、防治心血管疾病、抗肿瘤、降血压、降血糖2 8 、加快新陈代谢、增强肝脏解毒功能等2 9 。笔者重点阐述抗器官纤维化、抗肿瘤、降血压三种功效。3.1抗器官纤
17、维化器官纤维化是指反复损伤和炎症反应引起纤维细胞持续活化、增殖,从而导致细胞外基质的进行性积累,组织器官功能减弱甚至衰竭30 1的现象,会严重影响人类的身心健康,主要包括肾脏、肺脏、肝脏、心脏和其他器官的纤维化。研究发现,葛根素能够减轻压力负荷导致的心肌肥厚,其机制是通过增加Sirt1活性、降低FOXO1乙酰化水平和减轻心肌纤维化和炎症反应,以改善心脏功能发挥保护作用31。张璋等32 1运用体内外实验研究证明葛根素能够降低炎性因子表达、调节氧化应激、抑制胶原蛋白的表达以及阻断胶原纤维的异常沉积,具有抗心脏纤维化、肝纤维化、肺纤维化、肾纤维化、子宫纤维化等作用。3.2抗肿瘤肿瘤是指在各种致瘤因子
18、作用下,机体细胞异常增生形成的一类疾病,是世界上死亡率最高的疾病之一3,而且发生率和死亡率逐年上升。研究表明,葛根素对于部分肿瘤细胞具有抑制和诱导细胞调亡作用34,其机制是直接作用于多种肿瘤疾病,或间接作用于多条与肿瘤形成发展有关的通路。张莉华等35 通过类药性筛选、靶点预测和生物通路分析等方法对葛根抗肿瘤的潜在作用机制进行探讨,建立了葛根多成分-多靶点-多通路的网络,证明了葛根可以通过多种途径发挥抗肿瘤作用。3.3降血压高血压是血液在血管中流动时对血管壁造成的压力值持续高于正常情况的现象,由多种复杂的神经体液和机械信号调节,是世界范围内主要的心血管危险因素和死亡原因。研究发现,葛根素可以降低
19、收缩压和舒张压36 ,对高血压患者有一定的治疗作用,葛根素通过抑制血管平滑肌细胞 TRPCs 通道活性来改善血管重构,扩张血管、降低血管阻力,从而达到降低血压的作用。Shi等37 采用qPCR阵列技术检测高血压相关基因的表达,并对差异表达的基因进行分析,证明了葛根素对自发性高血压大鼠具有降压作用。武汉轻工大学学报4葛根素的提取传统的葛根素提取方法是浸提法,该方法的操作过程容易造成有效成分流失。近年来,提取葛根素的新技术不断涌现,主要包括物理、化学、生物等提取方法。4.1物理萃取4.1.1超声波提取法超声波提取法的原理是利用高频振动的超声波使分子间产生强烈空化和扰动效应38 ,从而形成巨大的剪切
20、力量,并把它施加在细胞壁上,使葛根黄酮这类化合物从被破坏的细胞壁中溶解出来。而且在超声波的作用下,能够提高溶剂的渗透性,使得目标提取物的提取效果更好。超声波提取法省时省力,在提取的纯度和利用率上都比传统方法更加出色39 。赵丽平等40 以河南省大别山区的野葛根为原料,采用超声波辅助提取葛根素,纯化后经HPLC法测定葛根素含量为6 2.0 3%。4.1.2大孔吸附树脂法大孔吸附树脂是离子交换树脂的一种,可通过氢键产生吸附力,吸附时溶液通过大孔树脂,大孔树脂吸附了溶液中所需要的成分,由于树脂内部具有不同的孔径,溶液进人后会留下不同的离子。将大孔树脂进行洗脱回收,提取、分离、提纯所需的离子。大孔吸附
21、树脂法无污染、成本低、设备简单,适合大量生产。陶柏成等41利用大孔树脂吸附提取葛根素,结果表明1g葛根药材的提取液需要2.7 1gD-101大孔树脂,且葛根提取物葛根素的含量在40%以上。吕述权等42 以葛根素粗品为原料,利用琼脂制备琼脂凝胶微球键合-环糊精分离介质,结合AB-8大孔树脂进行处理,得到高纯度、高回收率的葛根素。Guo 等43 比较了6 种市售树脂的吸附性能,采用可用于设计大型固定床吸附的传质区运动模型,对H103树脂的动态吸附进行分析,然后进行酸水解,得到纯度为9 0%的葛根素。4.1.3亚临界水提法亚临界水提法的原理是通过控制亚临界水的压力以及温度,进而改变水的极性和黏度,以
22、增加水对目标物质的溶解性。亚临界水提技术是一种新型提取技术,与传统提取方法相比,此技术提取时间短、效率高、无污染。周丽等44 通过亚临界水提法优化葛根总异黄酮的提取工艺,结果表明当提取温度为120、提取时间为30 min、料液比为1:2 5、压力为1.1MPa时,葛根素的提取率和质量分数分别为2023年5期7.83%和2 4.9%。4.1.4微波提取法微波辅助提取法是对葛根提取物发射频率较高的电磁波,高频率的电磁波会使溶剂和物料产生热能,细胞内温度升高、压力增大,致使细胞壁膨胀破裂,有效成份被释放,再按照常规方法进行提纯和制备。微波辅助提取法效率高、成本低、污染小。李东等45 利用微波辅助萃取
23、法提取干葛根和鲜葛根的葛根素,提取干葛根葛根素的最佳工艺为1:2 5(g/mL)的料液比、2 55W的微波功率、2 min的微波处理时间、体积分数30%的乙醇;提取鲜葛根葛根素的最佳工艺为1:2 0(g/mL)的料液比、2 55W的微波功率、2.5min的微波处理时间、体积分数30%的乙醇。最佳工艺下干葛根和鲜葛根的葛根素分别为(21.70.2)mg/g和(6.37 0.0 5)mg/g。4.1.5回流提取法回流提取法是用乙醇等易挥发的有机溶剂提取原料成分46 ,将浸出液加热蒸馏,其中挥发性溶剂馏出后又被冷却,重复流回浸出容器中浸提原料,直至有效成分回流提取完全。回流法是在传统浸提法的基础上增
24、加了一个回流装置,与浸提法相比,水浴回流法提取效率和纯度更高,并且操作风险小、无污染、设备简单、成本低。刘李婷等47 将葛根粉用干燥滤纸包紧后放入茄形烧瓶中,加人定量乙醇,然后用电热套恒温加热回流提取葛根素,结果表明,当回流时间为3h、乙醇体积分数为9 0%、固液比为1:12时最优,此时葛根素提取率为18 1.8 7 g/100g。4.2化学萃取4.2.1酸水解法酸水解法的依据是葛根中的葛根素衍生物能水解生成葛根素。对葛根异黄酮提取物进行酸性水解,再将酸水解液用氯仿萃取、分离即得到葛根素。酸水解法操作简单,产物纯度较高,但该方法有一定的缺点,可能会破坏药材中的已知或未知成分。潘娓婕等48 在提
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- 葛根 活性 成分 及其 食品 中的 应用